一种应用于液下环境的电容层析成像传感器制造技术

本发明专利技术公开了传感器设计领域的一种应用于液下环境的电容层析成像传感器。传感器包括两相流分布测量电极阵列、电极端环形屏蔽电极、电极间隔离电极、传感器绝水层和信号传输电缆；所述两相流分布测量电极阵列包括N个测量电极；所述信号传输电缆包括缆芯和屏蔽丝网。本发明专利技术摒弃传统电容层析成像传感器外屏蔽罩结构，通过采用绝缘导热材料将测量电极阵列密闭于测量管段外壁面，从而可将其置于液下环境，为对流换热区域的汽、液两相分布、液膜形成、发展、流型监测等提供了有效检测手段，有效地拓展了电容层析成像技术的应用领域。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于液下环境的电容层析成像传感器
本专利技术属于传感器设计领域，尤其涉及一种应用于液下环境的电容层析成像传感器。
技术介绍
以液体工质作为冷却介质，涉及被冷却介质的相变对流换热是传热领域的常见问题。在热量传递过程中同时伴随相变过程发生。例如：热管冷凝段换热、电厂凝汽器和回热器中蒸汽与管外壁换热。凝结换热分为珠状凝结和膜状凝结，珠状凝结形成比较困难且不持久，多数情况下的凝结换热为膜状凝结。不同液膜厚度和液膜运动状态很大程度上影响其换热特性。不凝气体含量、蒸汽流速、壁面形状、壁面粗糙度等诸多因素都会影响影响液膜的形成和流态。对液膜形成及状态的有效监测有助于进一步理解凝结换热的机理，并采取有效手段对凝结换热进行强化。电容层析成像（ECT）技术根据被测物质各相具有不同的介电常数，当各相组分分布或浓度分布发生变化时，将引起混合流体等价介电常数发生变化，从而使测量电极对间的电容值发生变化，在此基础上，利用相应的图像重建算法重建被测物场的介电常数分布图。当前ECT技术在气、液两相流动领域受传统传感器结构限制主要用于绝热条件下的管内空隙率测量及流型识别。以重力热管为例，专利CN200510093326.4通过设计作为同时具有管壁和传感器功能的结构实现了对绝热段汽液两相分布的测量及液膜流型变化的监测。对于采用液体工质进行冷却的冷凝段，受冷凝结构限制，尚无适用于该区段相变过程测量的传感器。
技术实现思路
针对
技术介绍
中采用液体工质进行冷却的冷凝段，受冷凝结构限制，尚无适用于该区段相变过程测量的传感器；本专利技术提出了一种应用于液下环境的电容层析成像传感器。一种应用于液下环境的电容层析成像传感器，其特征在于，所述传感器包括两相流分布测量电极阵列、电极端环形屏蔽电极、电极间隔离电极、传感器绝水层和信号传输电缆；所述两相流分布测量电极阵列包括N个测量电极；所述信号传输电缆包括缆芯和屏蔽丝网；其中，所述电极间隔离电极与电极端环形屏蔽电极相连，经由信号传输电缆的屏蔽丝网引出，然后通过ECT信号采集设备的连接地线接地；所述传感器绝水层对冷凝管段的测量电极、电极间隔离电极和电极端环形屏蔽电极进行密封；所述信号传输电缆的缆芯一端与测量电极相连，另外一端连接ECT信号采集设备，所采集到的测量数据经数据采集卡传送至计算机进行图像重建。所述传感器贴附安装于测量管段横截面为圆形、椭圆形或矩形在内的闭合形状上。所述传感器绝水层采用导热绝缘的硅胶、导热泥或环氧树脂绝缘导热材料制作。所述两相流分布测量电极阵列、电极间隔离电极和电极端环形屏蔽电极均采用铜箔材料制作；电极表面作防腐处理。所述传感器不设置屏蔽罩结构。所述N的取值范围为4～16个。本专利技术的有益效果是：摒弃传统电容层析成像传感器外屏蔽罩结构，通过采用绝缘导热材料将测量电极阵列密闭于测量管段外壁面，从而可将其置于液下环境。采用新型传感器的电容层析成像技术为对流换热区域的汽、液两相分布、液膜形成、发展、流型监测等提供了有效检测手段，有效地拓展了电容层析成像技术的应用领域。附图说明图1为本专利技术提供的传感器的连接示意图；图2为本专利技术适用于液下环境的电容层析成像传感器的立体结构示意图；图3是本专利技术传感器沿A-A和B-B两个方向的视图；其中，（a）为B-B方向的视图；（b）为A-A方向的视图；图4为本专利技术的使用流程示意图；其中，1-套管的内管；2-信号传输电缆；3-传感器绝水层；4-电极间隔离电极；5-测量电极；6-电极端环形屏蔽电极；7-套管结构的上端盖；8-进液口；9-出液口；10-套管结构的下端盖；11-外管；12-ECT信号采集设备；13-连接地线；14-数据采集卡；15-计算机；16-显示器。具体实施方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。图1为本专利技术提供的传感器的连接示意图。图1中，传感器包括两相流分布测量电极阵列、电极端环形屏蔽电极6、电极间隔离电极4、传感器绝水层3和信号传输电缆2；所述两相流分布测量电极阵列包括N个测量电极5；所述信号传输电缆包括缆芯和屏蔽丝网；其中，所述电极间隔离电极4与电极端环形屏蔽电极6相连，经由信号传输电缆的屏蔽丝网引出，通过ECT信号采集设备12的连接地线13接地；所述传感器绝水层对冷凝管段的测量电极5、电极间隔离电极4和电极端环形屏蔽电极6进行密封；所述信号传输电缆2的缆芯一端与测量电极5相连，另外一端连接ECT信号采集设备，所采集到的测量数据经数据采集卡14传送至计算机15进行图像重建，并在显示器16上进行显示。图2为本专利技术适用于液下环境的电容层析成像传感器的立体结构示意图；图2中，本专利技术传感器包括8个测量电极5构成的测量电极阵列、电极间隔离电极4、电极端环形屏蔽电极6、信号传输电缆2和传感器绝水层3。测量电极5、隔离电极4、电极端环形屏蔽电极6作防腐处理后安装于套管的内管1外壁面；然后用绝缘导热材料制作的传感器绝水层3对其进行封闭，并置于液下环境。电极间隔离电极4与电极端环形屏蔽电极6相连，电极端环形屏蔽电极6和信号传输电缆2的屏蔽丝网相连，随信号传输电缆2引出并经连接地线置零电位，以消除噪声信号的影响。测量电极5、电极间隔离电极4和电极端环形屏蔽电极2均由铜箔材料制作而成。传感器沿A-A和B-B两个方向的视图如图3所示。目前，较多的ECT信号采集设备具有16个测量通道，能连接16个介电常数分布测量电极。该实例采用8个测量电极的ECT传感器。测量电极5和环形屏蔽电极6的长度可视需要根据传感器长度而定。本实施例中传感器长度为44mm，测量电极5长度为30mm，环形屏蔽电极6长度为6mm。测量电极2的宽度根据公式w=πd/n-δ计算，其中：w为测量电极宽度，d为套管的内管外径，n为测量电极数量，δ为测量电极之间隔离电极宽度。本实施案例中套管的内管外径为16mm，各测量电极宽度为4.3mm，隔离电极宽度为0.5mm。图4为本专利技术的使用流程示意图。图4中，首先将含8个测量电极5的传感器测量电极阵列、电极间隔离电极4、电极端环形屏蔽电极6贴附安装于套管式结构内管1的外壁面，而后用绝水层3对其进行密封；将内管1置于外管11内；套管结构通过上端盖7和下端盖10进行密封，信号传输电缆2经套管结构的上端盖引出，上、下端盖同时固定内管。外管上下两端分别设置进液口8和出液口9，冷却流体经进液口8进入套管内空间，从出液口9排出，和内管内蒸汽进行逆流对流换热，蒸汽凝结产生汽、水两相流。通过传感器绝水层3密封的电容层析成像传感器在液下环境工作，测量电极信号通过传输电缆经上层端盖引出至ECT信号采集设备，在计算机中进行数据处理和图像重建，得到内管中汽、液两相的分布图形。与传统传感器标定有所不同，为保持与试验条件一致，其空场与满场的标定均需在液下环境条件下完成。记录空场与满场条件下的测量电容，并用于试验过程中的图像重建。试验中对各电极进行检测时，激励电极的相邻电极增益为低增益，其余为高增益。首先1号电极作为激励电极，检测其与2至8号传感器之间的电容值；然后以2号电极为激励电极，检测其与3至8传感器之间电容值；以此类推，共检测出28个电容值。激励与检测通过计算机将控制信号送入采集电路，进而控制传感器电极的激励本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于液下环境的电容层析成像传感器，其特征在于，所述传感器包括两相流分布测量电极阵列、电极端环形屏蔽电极、电极间隔离电极、传感器绝水层和信号传输电缆；所述两相流分布测量电极阵列包括N个测量电极；所述信号传输电缆包括缆芯和屏蔽丝网；其中，所述电极间隔离电极与电极端环形屏蔽电极相连，经由信号传输电缆的屏蔽丝网引出，然后通过ECT信号采集设备的连接地线接地；所述传感器绝水层对冷凝管段的测量电极、电极间隔离电极和电极端环形屏蔽电极进行密封；所述信号传输电缆的缆芯一端与测量电极相连，另外一端连接ECT信号采集设备，所采集到的测量数据经数据采集卡传送至计算机进行图像重建。

【技术特征摘要】
1.一种应用于液下环境的电容层析成像传感器，其特征在于，所述传感器包括两相流分布测量电极阵列、电极端环形屏蔽电极、电极间隔离电极、传感器绝水层和信号传输电缆；所述两相流分布测量电极阵列包括8个测量电极；所述信号传输电缆包括缆芯和屏蔽丝网；其中，所述电极间隔离电极与电极端环形屏蔽电极相连，经由信号传输电缆的屏蔽丝网引出，然后通过ECT信号采集设备的连接地线接地；所述传感器绝水层对冷凝管段的测量电极、电极间隔离电极和电极端环形屏蔽电极进行密封；所述信号传输电缆的缆芯一端与测量电极相连，另外一端连接ECT信号采集设备，所采集到的测量数据经数据采集卡传送至计算机进行图像重建；所述传感器绝水层采用导热绝缘的硅胶、导热泥或环氧树脂绝缘导热材料制作；所述传感器的安装方式包括：首先将含8个测量电极(5)的传感器测量电极阵列、电极间隔离电极(4)、电极端环形屏蔽电极(6)贴附安装于套管式结构内管(1)的外壁面，而后用绝水层(3)对其进行密封；将内管(1)置于外管(11)内；套管结构通过上端盖(7)和下端盖(10)进行密封，信号传输电缆(2)经套管结构的上端盖引出，上、下端盖同时固定内管；外管上下两端分别设置进液口(8)和出液口(9)；所述传感器的工作方式包括：冷却流体经进液口(8)进入套管内空间，从出液口(9)排出，和内管内蒸汽进行逆流对流换热，蒸汽凝结产生汽、水两相流；通过传...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩振兴，李惊涛，李志宏，刘石，王冬骁，王飞，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：